MicroStation软...装车间设备三维设计中的应用_尹成果.pdf

0引言涂装车间工艺设备包含的设备类型有室体、槽体、风管、工业管道、钢结构、输送机、桥架、电控柜、外购设备等，每一类对象都有自己的特点，在进行三维设计时，难以用同一种软件实现所有类型设备的建模工作，而且汇总模型的数据量大，不便使用以产品设计为中心的机械建模软件，如 In v e n to r1、N X、S o lid w o rk s 等，需要一个以工厂设计为中心的软件平台。本文提供了一种工作方法，它是以 B e n tle yM ic ro S ta tio n 软件（以下简称为 M S）为单一设计平台，以.d g n 格式为单一交付格式，实现了所见即所得的三维协同设计。1M S 平台软件介绍M S 是由美国 B e n tle y 软件公司出品的 C A D 设计软件，在产品功能和市场影响力方面，与 A u to C A D 基本相当。M S 具有基础建模功能，对于专业对象，可以通过二次开发或使用专业建模工具来提高建模效率。M S 软件具有两大精髓：精确绘图和文件参考。与R e v it 在二维平面绘图、三维平面观察的工作方式不同，M S 直接在三维空间绘图，通过精确绘图坐标系和快捷键可以快速定位到空间中的任意一点，所见即所M icroS tation 软件在汽车涂装车间设备三维设计中的应用尹成果，刘树，窦怀素，丁学亮，王龙，闫文璐，张超（中国汽车工业工程有限公司，天津 3001 1 3）摘要：介绍了 Mic ro Sta tio n 软件的特点、使用方法及其在涂装车间设计中的适用范围。基于 Mic ro Sta tio n 单一平台和.d g n 单一格式文件，给出了推荐的三维正向设计流程。针对各种类型的设备，如槽体、室体、管道、风管、钢平台、输送机、桥架等，给出了推荐的工具软件和设计方法。主要使用 Mic ro Sta tio n 软件的标准功能，通过配置和自定义设置，实现了涂装车间设备的高效建模。关键词：Mic ro Sta tio n；汽车涂装；三维设计；Ope n Pla n t；TriC A D中图分类号：TQ639文献标志码：B文章编号：1007-9548（2023）02-0051-04Application of M icroS tation in 3D Equipment Design ofAutomotive Painting WorkshopYIN Cheng-guo,LIU Shu,DOU Huai-su,DING Xue-liang,WANG Long,YAN Wen-lu,ZHANG Chao(C hin a A u to mo bile In d u stry En g in e e rin g C o.,Ltd.,Tia n jin 3001 1 3,C hin a）Abstract:The c ha ra c te ristic s,a pplic a tio n me tho d s a n d the a pplic a tio n sc o pe in pa in tin g w o rk sho p d e sig n o fM ic ro S ta tio n so ftw a re w e re in tro d u c e d.A re c o mme n d e d 3D fo rw a rd d e sig n pro c e ss ba se d o n a sin g le so ftw a repla tfo rm(M ic ro S ta tio n)a n d a sin g le file fo rma t(.d g n)w a s pre se n te d.R e c o mme n d e d so ftw a re to o ls a n d d e sig nme tho d s w e re g iv e n fo r v a rio u s ty pe s o f e qu ipme n t,su c h a s ta n k,bo o th,pipe,d u c t,ste e l pla tfo rm,c o n v e y o r,c a ble tra y.Hig h e ffic ie n t 3D d e sig n o f pa in t sho p w a s re a lize d by u sin g the sta n d a rd fu n c tio n,c o n fig u ra tio na n d c u sto m se ttin g o f M ic ro S ta tio n so ftw a re.Key words:M ic ro S ta tio n;a u to mo tiv e pa in tin g;3D d e sig n;Ope n Pla n t;TriC A D收稿日期：2022-04-14作者简介：尹成果（1991），男，硕士，工程师，主要从事汽车涂装设备设计和三维软件等研究工作。E-ma il：y in c he n g g u oc hin a a ie.c o m.c n。M o d e rn Fin ishin g 现代涂装第 26 卷 第 2 期2023年2月MPF现代涂料与涂装51得。A u to C A D 和 R e v it 也有文件参考（链接）的功能，但功能较弱，M S 充分发掘了这一功能，可以选择参考文件的嵌套层级，可以对参考文件进行遮盖、局部显示、图层开闭等，大大提高了管理文件的效率。2M S 设计流程和方法涂装工艺设备设计一般分 3 个阶段进行：工艺图设计阶段、专业总图设计阶段和专业详图阶段。工艺图设计阶段，需要确定工艺流程、厂房架构、工件路由、各专业的分界面等主体方案，一般由工艺设计人独立完成。专业总图设计阶段，需要确定所属区域的设备外形占位，各种管道的空间走向，解决与其他专业模型的干涉问题，此阶段需要进行专业之间的多人协同设计。专业详图阶段，则是对设备的内部结构进行细化设计，解决专业内部的干涉问题，此阶段需要进行专业内部的多人协同设计。3 个阶段有时会迭代进行，无明确的界限。M S 软件适用于工艺设计、专业总图设计和简单设备的详图设计。2.1工艺图设计工艺图设计注重的是方案规划，对于细节不做过多要求，使用 M S 基础建模方法绘制出设备轮廓，如槽体、室体、空调机组、钢平台、辊床、移行机、升降机、电控柜等设备，用画出截面、拉伸成体的方法创建；烘干室体、封闭区室体、安全通道等，先画出截面和路径线、再扫掠成体。常用设备也可以创建为单元，保存在 M S单元库中，按需调用。工艺图设计阶段，一般无需使用专业建模软件或二次开发工具。2.2专业总图设计专业总图设计需要把工艺图设计阶段的占位轮廓细化为实际模型，并画出工艺图设计阶段未体现的设备和管道，但对于槽体、室体、风管的内部结构，一般无需画出。为提高建模效率，方便查找和修改模型，每个专业的总图模型通常都会按照区域或者设备类型拆分为多个子模型，各子模型设计完成后，通过 M S 的文件参考功能汇总为该专业的总图模型。各子模型建模时，也需要把相关模型参考进来，以实现对接接口、避免干涉等目的。2.2.1前处理电泳设备前处理电泳系统包括的设备有槽体、室体、钢平台、风管、管道、外购设备等。槽体由“钢板+型钢”组成，形状多为船形或矩形。此阶段需要画出槽体的准确形状、立柱和主梁，按需画出次梁和加强筋，有锥斗的槽体，应体现出锥斗。涂装设备用到型钢的场景很多，建议把常用的型钢截面通过二次开发，做成快捷工具，集成在 M S 中。室体由多块钢板折制拼接而成，或者由薄钢板外衬型钢加强筋构成，应分块画出壁板，并体现出门、窗、照明灯箱。通常的做法是，先画出标准段，阵列生成室体，再调整非标段。单块室体壁板应使用 M S 基础建模方法创建，不体现钣金的折弯半径、螺栓孔等信息。平台由型钢和钢板组成。应画出立柱、主梁、平台板范围、斜梯、爬梯等，确定栏杆样式。此阶段一般不画出节点。其他专业的钢平台均按此要求，下文不再赘述。风管建模时，应画出风管、风阀、变径、风口等，按需画出风管法兰。考虑留出风管外部支吊架的位置，主要支吊架应示意画出。风管模型应尽量占位准确，以满足干涉检查的需求。如有风机平台，应画出平台范围、立柱、爬梯等。管道模型主要分为公用管道、工艺管道、辅助管道。公用管道应画出二次侧主管，无需画出支管。工艺管道一般都位于槽体周边，包含有泵、过滤器、换热器、除渣机等外购设备，应将这些设备画出，管道的大致走向应画出，支管、阀门、仪表等可以不画出。辅助管道一般只画出槽体和外购设备部分，不画出管道部分，但当管道与公用管道共架时，架上管道需要画出或者用体块占位。外购设备包括风机、泵、过滤设备、换热设备等，种类多而杂，一般来说供应商会提供三维模型，但模型多由机械建模软件创建，细节过于详细，数据体量大，推荐使用 M S 基础建模方法直接创建简化模型，用长方体、圆柱等基本元素勾勒出设备外形，起到占位和识别的作用即可。能复用的设备，应创建在单元库中。企业应逐渐积累出自己的单元库。对于通用件、企标件，如门、窗、斜梯、爬梯、踏台等，也参照外购设备来创建和管理。其他专业的外购设备，如热风炉、R T O、刮渣机、机器人等，也按此要求。2.2.2烘干、强冷和废气处理设备烘干和强冷设备包括室体、钢平台、风管和外购设备（三元体热风炉、四元体热风炉、T N V 等）。废气处理设备一般为成套外购设备，参照上一小节外购设备的建模方式。设备拉出空间用半透明包络体表示。室体用拉伸或扫掠的方式画出，体现出室体分段（在分段处画一圈直线），无需体现出壁板块和加强筋，画出维修门、风管接口。风管建模方式与前处理风管一致，但需要随风管画出保温层，风管保温层建议设置为半透明。2.2.3喷漆、工作区和空调设备喷漆设备包括均压室、喷漆室、干式喷房、地面风现代涂装Mo de rn Finishing第 2 6 卷 第 2 期2 02 3 年2 月MPF现代涂料与涂装52箱、洁净间、流平室等室体类设备和文氏水槽、循环水槽、管道、钢平台、风管，以及机器人、供漆系统等成套外购设备。工作区设备包括室体、封闭区、钢平台、风管和机器人、供胶系统等成套外购设备。空调设备包括空调主体、管道、风机、风管等。喷漆室体类设备和工作区室体参照前处理室体建模。水槽参照前处理槽体建模。喷漆管道、空调管道、供漆供胶管道参照前处理管道建模。封闭区用拉伸或扫掠的方式画出体块占位，设置为半透明。空调主体参照烘干室体建模，不逐块画出壁板，需体现出分段。风管参照前处理风管建模。2.2.4机械化输送设备涂装车间的机械化输送设备的种类很多，大致包括用于前处理电泳的积放链悬挂输送机、摆杆式输送机、翻转式输送机，用于底部涂胶的空中摩擦输送机，用于喷漆、烘干的反向积放式输送机、双链式输送机，辊床、移行机、升降机，钢平台、保护围栏等。积放链、摆杆、翻转机、反向积放式输送机的轨道用扫掠的方式画出。辊床、移行机、升降机等设备建议创建在单元库中，或者使用专业的快速建模工具，如T riC A D。升降机的每个停止位都应画出。保护围栏应体现出栏杆样式和围护区域。机械化模型中还应该包括车体和滑橇运动时所扫掠过的空间的包络体，用拉伸或扫掠的方式画出，设置为半透明。2.2.5电控设备电控设备包括控制柜、操作站和桥架两类。对于控制柜和操作站模型，使用 M S 基础建模方法画出外形。柜门打开时扫过的扇形体应画出并设置为半透明。在操作站前，还应画出工程人体三维模型。桥架建模时应画出主要桥架的空间形状和路径，画出三通、弯通、变径等，考虑预留支吊架空间，大型支吊架应画出。2.3专业详图设计专业详图设计是根据专业总图的设计结果，结合其他输入资料，创建出详细的三维模型，以生成二维工程图、材料明细表等资料的过程。室体、槽体、钢梯、辊床、移行机、升降机等单体产品类设备的详图设计适合使用机械建模软件创建，不建议使用M S 基础建模方法创建此类详细模型。图 1 中给出了 3 个阶段的槽体模型样例。小型钢平台可用机械建模软件创建，大型钢平台应使用专业建模软件创建，如 T e k la、R e v it S tru c tu re、B e n tle y P ro S te e l 等。风管、管道和桥架模型，不建议使用机械建模软件创建，应该在专业总图设计阶段的模型的基础上进一步细化，画出阀门、仪表、法兰、管件等，因此建议使用与总图建模软件相同的软件。3M S 专业设计工具在工艺图设计阶段、专业总图设计阶段，使用 M S基础建模方法可以实现大部分模型的创建，但对于钢结构、输送机、风管、管道、桥架等类型的设备，使用M S 基础建模方法来建模时，效率较低，建议使用专业工具来建模。如果使用非.d g n 格式的建模软件时，会产生模型格式转换的问题，不利于即时协同设计，因此建议使用文件格式为.d g n 的建模软件。下面重点介绍两款.d g n 格式的设计软件。3.1O p e n P la n t M o d e le r 软件O p e n P la n t M o d e le r（O P M）软件是基于 M S 平台开发出的专业工厂设计软件，继承了 M S 的两大精髓，具有三维建模、出工程图、材料统计、干涉检查等功能，可以用于设计管道、设备、风管、桥架等模型。O P M 内置了一套编码规则2，具有区域、介质、厂区 3 个层级，企业可以将自己的设备编码规则配置到O P M 中，这样在建模的同时即可完成编码工作。涂装车间的管道系统相对简单，使用 O P M 默认的编码层级即可满足要求。在区域、介质、厂区 3 个层级下，O P M还有管线号的概念，用于管理管道元件，可以非常便捷地实现修改管径、修改保温层厚度、替换管件等操作。O P M 通过 M ic ro S o ft A c c e ss 数据库驱动生成管道、管件、阀门等模型。用户可以直接编辑.m d b 格式的数据库文件，定制出自己的元件库和等级库。元件库是包含了企业能用到的所有元件的数据库，等级库是按照压力等级或者材质从元件库中筛选出来的一套元件。涂装车间的管道大部分为 1.6 M P a 以下的管道，只有少部分高压管道，更关注的是管道系统的材质，因此图 1三个阶段的电泳槽模型样例工艺图专业总图专业详图M o d e rn Fin ishin g 现代涂装第 2 6 卷 第 2 期2 02 3年2 月MPF现代涂料与涂装53（上接第 5 0 页）两份，一份作为记录存档，另一份则贴在配好漆的容器外面，便于操作者知悉所配油漆可使用的时间。4结语对油漆的质量控制是一个系统工程，涉及采购、贮存、配制等环节，需要在各个环节做好质量控制，并在实际工作中不断总结提高，使油漆质量稳定可靠，让喷涂后漆膜的各项性能能得到保证。参考文献：1 刘登良.涂料工艺M.北京：化学工业出版社，2 0 0 9.2 周强，金祝年.涂料化学M.北京：化学工业出版社，2 0 0 7.3 潘继民.涂装技术 1 0 0 0 问M.北京：机械工业出版社，2 0 1 3.常常按材质建立出碳钢、镀锌、S U S 3 0 4、S U S 3 1 6 等级库。O P M 内置了一些参数化设备，如泵、换热器等，但涂装车间的种类多而杂，O P M 尚无法满足需求，仍推荐使用 2.2.1 中的方法。O P M 最强大的功能在于管道建模，使用 M S 的精确绘图功能，在三维空间中实现所见即所得的三维布管，无需像机械建模软件一样，先画出管道线，再由管道线和管线规则一起驱动生成管道。当需要移动管道时，也是直接在三维空间精确移动，并可以实现相关连接管道的联动。O P M 还内置了暖通风管和桥架模块，可以创建风管和桥架，其建模方法和元件库的维护方法与管道相同。O P M 暖通风管模块能够创建的元素类型有直风管（截面形状有圆形、矩形、椭圆形）、风阀、等径弯头、三通、变径、散流器、检修门等，无法创建异形三通、变径弯头等元件。O P M 桥架模块可以创建直桥架、水平弯头、内弯头、外弯头、变径、三通等，截面为矩形托盘，无法创建截面复杂的多层桥架。O P M 的功能可以满足专业总图级别的风管和桥架的设计，不适于详图设计。O P M 还可以与 O p e n P la n t 工厂解决方案中的其他软件结合使用，如流程图设计软件 O P P ID、单管轴测图生成工具 O P IM、支吊架设计软件 O P S E 等，企业可以根据各软件的采购成本按需选用。3.2T r iC A D 软件T riC A D 软件是由德国 V e n tu ris 公司基于 M S 平台开发的专业设计工具集，面向汽车厂房规划和设计，有建筑设计和工厂设计两组工具集，包含通风、给排水、消防、电气、卫生洁具和风管、管道、室体、输送机、钢平台等多个子模块。各子模块独立授权，用户可以按需采购。T riC A D 软件适用于工艺图设计阶段和专业总图设计阶段。T riC A D 创建元素的界面均为参数化窗口，附有示意图说明各参数的含义。T riC A D 风管模块是专业的风管设计工具，能创建出各种复杂形状的风管管件，可以充分满足涂装车间风管设计需求。T riC A D 内置了一些涂装车间常用的室体类型，如前处理积放链室体、烘干室、工作区灯架室体等，设定好参数后画一条直线，即可生成对应长度的三维室体模型。T riC A D 内置了一些辊床、移行机、升降机的参数化模型，可以快速地布局出所需的机械化方案模型。涂装车间存储区常需要布置多个辊床，在 T riC A D 输送机模块中，可以通过画直线的方式快速生成一排辊床。T riC A D 钢平台模块也是使用频率很高的模块。可以选择一个封闭形状直接生成带梁的钢平台。可以画出带有多个休息平台、多个转角的斜梯，并附带生成栏杆。可以通过画多段线，快速生成栏杆。T riC A D 在生成三维模型的同时，会创建出二维简图，这大大简化了由三维模型导出二维平面图的工作，只需隐去 3 D 图层，保留 2 D 图层，通过 M S 切图工具生成平面图即可。4结语创建出合格的三维模型是整个数字化智能制造过程的关键环节，后续的出工程图、生成材料报表、干涉检查、数字资产管理等工作都是以三维模型为基础进行的。M S 平台软件本身提供了出工程图、统计数量或体积、干涉检查、发布 i-m o d e l 的功能，基本能够满足设计和数字化交付的需求。O p e n P la n t M o d e le r、T riC A D等专业工具提供了强大的报表功能，为其设计对象提供了多种统计模板。企业可以以 M S 平台软件为主体，按需使用 O p e n P la n t 软件和 T riC A D 软件的部分模块，在单一平台实现涂装车间工艺设备的协同设计，显著提高工作效率。参考文献:1 刘奕，严正，黄飞宇，等.A u to d e sk In v e n to r 在涂装非标设备三维设计中的应用J.现代涂料与涂装，2 0 1 7，2 0（4）：4 2-4 6.2 杨贵程，黄靖乾，和扁，等.O p e n P la n t M o d e le r 三维设计软件在大型水电站的应用分析J.水电站机电技术，2 0 2 0，4 3（6）：1 4-1 6.现代涂装M o d e rn Fin ishin g第 2 6 卷 第 2 期2 0 2 3 年2 月MPF现代涂料与涂装54